Эволюция органического мира

Эволюция
органического мира
Ископаемые остатки
«О время, скорый истребитель возникших вещей, сколько
народов ты уничтожило, сколько государств пало и
сколько различных событий произошло с тех пор, как
чудесная форма этой рыбы здесь умерла в пещерных и
извилистых недрах?».
Леонардо да Винчи
Ископаемые остатки
древних организмов:
1 - отпечаток листа
пальмы; 2 - хвойное
растение {Watchia}; 3 раковина брюхоногого
моллюска; 4-аммонит
{Cardioceras cordatum}; 5 личинка бранхиозавра.
С давних пор находили странные
образования, напоминавшие то листья
растений, то кости животных, то раковины
моллюсков. К концу XVIII века ученые в
основном признали, что окаменелости
представляют собой остатки древних,
нередко исчезнувших, форм жизни.
В начале XIX века трое
ученых — Уильям Смит из
Англии, Жорж Кювье и
Александр Броньяр из
Франции — обнаружили,
что последовательные
слои осадочных пород
содержат ископаемые,
характерные для
определенных
геологических периодов.
Кювье Жорж
(1769-1832)
Броньяр Александр
(1770-1847)
Тот факт, что окаменелости строго соответствуют
определенным геологическим периодам, был очень
важным открытием. Он дал возможность на основании
ископаемых находок устанавливать порядок чередования
осадочных слоев. Кроме того, окаменелости, найденные
внутри осадочных пластов в разных местах земного
шара, помогают устанавливать соответствие между
горными породами разных регионов. При сравнении
отдельных последовательностей стратиграфических
слоев постепенно начала вырисовываться геологическая
история Земли.
Основателем биостратиграфии считается
Уильям Смит — английский инженер
начала XIX века, сооружавший каналы в
Южной и Центральной Англии. Для
строительства каналов требуется в
точности предугадывать характер
нижележащих горных пород. Из своего
практического опыта Уильям Смит
обнаружил, что способен
идентифицировать отдельные слои на
основании того, какие окаменелости были
в них найдены. Он делал вертикальные
разрезы чередующихся пластов, изучал
обнажения горных пород на поверхности и,
сопоставив эти данные с их
географическим распределением, смог
составить первую трехмерную
геологическую карту распределения
пластов на обширных участках местности.
Смит Уильям
(1769-1839)
Выдвинутая Дарвином теория эволюции,
согласно которой в облике животного и
растительного мира происходит бесконечный
ряд изменений, отражающих
взаимоотношения организмов и изменения
среды, где они живут, дала новый толчок
развитию различных областей
палеонтологии.
Исследуя ископаемые остатки
животных и растений, палеонтологи
установили, что историю нашей
планеты можно подразделить на ряд
больших этапов. Эти этапы названы
эонами.
Н. Ковалев «Доисторический
пейзаж»
Первое время Земля, по-видимому,
была необитаемой. Уныло
плескались мелкие водоемы,
хранили молчание безжизненные
равнины, безмолвствовали голые
скалы. Мертвую тишину нарушал
только грохот вулканов,
извергавших лаву и тучи
раскаленного пепла. Это время
получило название азойского (т. е.
безжизненного) эона.
Но вот где-то на границе раздела теплых
морских вод и суши возникли первые
сложные соединения белка — коацерваты.
От них произошли предвестники жизни —
протобионты. Их еще нельзя считать ни
растениями, ни животными. Но в этих
маленьких белковых комочках уже
теплилась настоящая жизнь: они питались,
двигались и размножались. От
протобионтов зародились другие, более
сложные организмы.
Первые клетки. Метан и прочие газы, содержавшиеся в первобытной атмосфере Земли,
растворялись в воде морей, озер и луж, образуя сложный химический "бульон" (1).
Лабораторные опыты показали, что под воздействием разряда молнии в таком "бульоне"
начинают происходить химические реакции и образуются более сложные химические
соединения, очень сходные с теми, что встречаются в живых клетках (2). В конечном итоге
некоторые из органических соединений приобрели способность к самовоспроизводству, то
есть стали создавать копии самих себя (3). В том же "бульоне" содержались и жировые
шарики (4). Когда ветер сильно перемешивал "бульон", некоторые сложные соединения могли
попадать внутрь этих жировых шариков (5) и оставаться там "взаперти". Со временем эти
гибридные структуры эволюционировали в живые клетки, окруженные жировой оболочкой.
Вслед за ними появляются
первые сине-зеленые
водоросли и безъядерные
бактерии — прокариоты,
остатки которых найдены в
более молодых слоях земной
коры. Долгое время они
остаются почти
единственными обитателями
планеты. Этот этап назван
археозойским или архейским
эоном.
Облигатно-анаэробные прокариоты из
оз.Магади и континентальных содовых
озер Центральной Азии
Самые первые клетки, так называемые прокариоты (слева), были крайне
примитивны. Все содержавшиеся в них химические вещества, включая ДНК с
генетическим кодом, были перемешаны и разбросаны по всей клетке. В более
поздних - эукариотных - клетках (справа) имелись маленькие внутренние
отделения с собственной оболочкой. Они содержали химические вещества для
определенных реакций, причем в каждом из них была именно та среда, которая
необходима для наиболее быстрого течения данной реакции. ДНК была
сосредоточена в хромосомах, находящихся внутри клеточного ядра,
окруженного ядерной оболочкой. Ядро управляло всей жизнедеятельностью
клетки.
Примитивные формы бактерий и цианей (сине-зеленых водорослей) и по сей день в
изобилии встречаются в горячих минеральных источниках. Некоторые из них
используют минеральные вещества из этих источников как "сырье" для
фотосинтеза.
Ученые полагают, что жизнь могла зародиться в аналогичной среде. В нижней
части рисунка, если присмотреться внимательнее, можно различить двух человек
на дорожке подле источника.
Одни из самых ранних фотосинтезирующих организмов,
дошедших до нас в ископаемом виде, - строматолиты.
Живые строматолиты в заливе Шарк, Австралия. Поскольку в строматолитах
происходит фотосинтез, они извлекают из воды растворенный в ней углекислый
газ. При этом из раствора выделяется карбонат кальция (известь). Клейкая слизь,
вырабатываемая строматолитами, захватывает крохотные частицы извести, и в
итоге образуются слои известняка.
Изображение ископаемого строматолита в разрезе, на котором хорошо видны слои
известняка и цианобактерий.
На смену архейскому пришел протерозойский эон. В
протерозойских слоях в обилии появились
эукариоты — организмы, клетки которых имели
ядра; к простейшим одноклеточным растениям
здесь присоединились многоклеточные водоросли,
в морях появились первые животные. Закачались
на волнах водянистые медузы, на отмелях
поселились гребневики, а на илистом дне
закопошились различные черви, примитивные
ракообразные и предки морских звезд — древние
иглокожие.
В самом конце протерозоя под влиянием неизвестных
пока причин развитие животного мира претерпевает
революционную вспышку — и по всей Земле
расселяется множество бесскелетных организмов,
получивших название эдиакарской фауны (по
местонахождению Эдиакара в Австралии, где они
впервые были обнаружены). Кишечнополостные,
членистоногие, черви и другие существовавшие ранее
группы животных дополняются рядом беспозвоночных
неясного систематического положения, свойственных
только этой эпохе. Некоторые исследователи считают,
что именно от этих беспозвоночных произошли многие
ныне живущие скелетные организмы. В этих же слоях
появляются и первые животные, имевшие кремневый
скелет, — радиолярии.
Все животные Эдиакар были мягкотелыми. Там обитало множество разновидностей медуз
(1). Диксонии (2) и сприггины (3) были плоскими червеобразными существами. Сприггина
имела вдоль боков множество крохотных плавательных пластинок, как у современных
морских червей. Возможно, это животное- предок трилобитов. Харниодиск (4), ранге" (5) и
птеридиний, листообразные морские перья были колониями крохотных животных, похожих
на гидр, которые отфильтровывали из воды частицы пищи. А вот трибрахидий (7) для нас
полная загадка. У него был Y-образный центральный рот с щетинкообразными отростками.
Возможно, он - предок современных иглокожих.
Азойский, архейский и протерозойский
зоны объединяются под общим
названием криптозой — этап скрытой
жизни (от греческого слова «криптос»—
скрытый). В соответствии с положением
в геологическом разрезе земной коры
криптозойские отложения именуются
также докембрийскими или докембрием.
Животный мир
криптозоя:
1 - медуза;
2 - морские лилии;
3- радиолярии;
4 - морские звезды
После протерозоя наступил
фанерозойский эон, или фанерозой, —
этап явной жизни (от греческого
«фанерос» — явный).
Он подразделяется на три эры:
палеозойскую (эру древней жизни),
мезозойскую (эру средней жизни) и
кайнозойскую (эру новой жизни).
Палеозой охватывает шесть периодов:
кембрийский (кембрий),
ордовикский (ордовик),
силурийский (силур),
девонский (девон),
каменноугольный (карбон),
пермский (пермь)
В начале палеозойской эры,
после оледенения, которым
завершился протерозой, на
всей Земле установился
мягкий, теплый климат.
Большая часть планеты
была покрыта морем.
Наступление кембрийского периода
ознаменовалось новым, небывалым в
истории Земли «биологическим
взрывом». Почти внезапно (в
геологических масштабах) во всех
морях появилось огромное количество Кубки археоциат в поперечном
беспозвоночных животных,
разрезе (слева) и сбоку
большинство из которых, в отличие от
более древних организмов, имели
прочные скелеты. Кембрийская фауна
представлена тысячами видов
разнообразных существ, нередко
достигавших высокой степени
биологического развития. Главное
место среди них занимают животные,
получившие название археоциат и
трилобитов.
Трилобиты встречаются в выходах пород
ордовикского периода под Санкт-Петербургом
Фауна раннего палеозоя (кембрий, ордовик, силур):
1-колония археоциат; 2-скелет силурийского коралла; 3-обитатель
мелководных заливов силурийских морей - гигантский ракоскорпион; 4головоногий моллюск; 5-морские лилии; 6, 7, 8-древнейшие позвоночные
бесчелюстные панцирные «рыбы»; 9-одиночные кораллы; 10, 11трилобиты-примитивнейшие ракообразные; 12-раковина силурийского
головоногого моллюска.
В ордовикском периоде вымерли археоциаты,
зато трилобиты расселились по всему земному
шару и стали одной из наиболее
распространенных групп животных. Вместе с
трилобитами в морских водах жили крупные
головоногие моллюски наутилусы.
Значительного расцвета достигли в ордовике
кораллы и мшанки, появились первые
позвоночные животные — бесчелюстные.
Дно ордовикского моря
Наутилоидеи(1) охотятся среди извивающихся морских лилий (2). Эхиносферит (3) - еще одна
разновидность стебельчатых иглокожих, в то время как ботриоцидарис (4) больше смахивает на морского
ежа. Продолжается век трилобитов. Множество их разновидностей - броньяртелла (5),тетраспис (6) и
платилиахас (7) - роются в поисках еды. Лофоспира (8) и беллерофонтиды (9) питаются детритом или
трупами погибших животных. "Фильтрующие" брахиоподы - платистрофия(10), онниелла(11) и
стофомена(12) - закрепляются в донных отложениях при помощи мускулистой "ноги", а вот
христиана(13) просто лежит на выпуклой створке своей раковины. Недавно появившиеся моллюски,
например модиополопсис(14), прикрепляются к скалам прочными "киссоновыми нитями".
Diplograptus – представитель
ордовикских граптолитов
• В силуре в морях обновился
состав кораллов и
поселились новые обитатели:
морские ежи, морские лилии
и многочисленные
панцирные рыбы, тело
которых было покрыто
снаружи прочной защитной
броней.
• Можно упомянуть еще одну
интересную форму
животных, встречающихся в
ордовикских и силурийских
отложениях. Названы эти
организмы граптолитами.
Каменноугольная морская
лилия Scytalocrinus
Коралловый риф силурийского периода
Основными животными, образующими рифы, в то время были твердые кораллы ругозы (1),
массивные кораллы типа фавозитов (2) и хализитов (3), а также строматопороидеи (4). Обломки
раковин и скелетов морских лилий(5), губок(6), мшанок (морских циновок) (7), строматопороидей,
брахоподов - таких, как атрипы (8), наутилусы(9),- ну и, разумеется, самих кораллов способствовали
цементированию рифов. Животные, подобные морским лилиям, мшанкам и некоторым кораллам,
отфильтровывали пищу из водных потомков, а брохопоиды и губки всасывали морскую воду внутрь
своих организмов и уже там выделяли из нее частицы пищи. Трилобитов(10) охотились на
обитателей морского дна, а наутилоидеи промышляли в поверхностных водах.
Одновременно с
развитием жизни в
море на влажных
участках земной
поверхности впервые
появились крупные
растения—
псилофиты, которые
после своей гибели
образовали первые в
истории Земли
ископаемые почвы и
небольшие залежи
каменного угля.
Берега болот силурийского
периода
Первые растения заселили участки суши по берегам болот и озёр. Стебли таких растений, как риния(1),
куксония(2) и зостерофиллиум(3), были гладкими и лишенными листьев, а у псилофитона(4) и
астероксилона(5) покрыты маленькими чешуйками. Среди первых наземных беспозвоночных можно
видеть скорпионоподобных тварей, вроде палеофона(6). Рыбы также продолжали бурно
эволюционировать. Вы видите представителей бесчелюстных панцирных рыб птерасписа(9) и
цефаласпида(10), а также телодонтов(11), покрытых чешуей, но не имевших жесткого внутреннего
скелета.
Но животный мир на
континентах был попрежнему очень
беден. Только
скорпионы, да
многоножки смогли
прижиться на суше
Скорпион
Пуэрто-риканская гигантская сколопендра
На границе силурийского и последовавшего за
ним девонского периода произошло
интенсивное горообразование. Море покинуло
большинство занимаемых им областей, и
громадные пространства превратились в сушу.
На протяжении девона воды океана еще раз
пытались затопить материки, но в конце этого
периода море снова отступило.
В начале девона вымирает большинство
граптолитов и приходят в упадок многие
группы трилобитов. Зато настоящего
расцвета достигают рыбы.
Фауна девонского периода:
1 – ихтиостег; 2 – остеопис; 3 – аканторда; 4 – дрепанаспис; 5 – плакодерм; 6 динектида
(а) - Реконструкция
ландшафта Райни
(девон Шотландии) с
зарослями
псилофитов; (б) древнейшее наземное
позвоночное ихтиостега (девон
Гренландии).
а
б
Целаканты относятся к древней группе позвоночных, родственных
первым тетраподам. Они были найдены в пластах девонского
периода и считались вымершими, но в 1939 году в Индийском океане
был обнаружен экземпляр рыбы под названием латимерия халумна.
Теперь ученые наблюдают целакантов в их исконной среде обитания.
Псилофит астероксилон (на
стеблях видны зелёные
выросты - предшественники
листьев).
На суше в это время
широко распространяются
многоножки и появляются
первые насекомые.
Древние растения —
псилофиты — постепенно
вымирают, их место
захватывают папоротники,
хвощи и плауны.
Гинкго
Могучие леса после
своей гибели
образовали много
залежей каменного
угля. Отсюда и
произошло название
очередного периода —
каменноугольный.
Erasipteron larischi Pruvost, 1933
(гигантская стрекоза)
В это время уже существовали все известные ныне
группы животных, за исключением птиц и
млекопитающих. Сильно размножились
насекомые. Среди зарослей громадных
папоротников сновали гигантские стрекозы,
достигавшие 70 см. Другие насекомые по размерам
тоже не уступали стрекозам.
Теплые болота изобиловали
насекомыми и земноводными.
Среди деревьев порхали
бабочки(1) гигантские летучие
тараканы(2),стрекозы(3)
иподенки. в гниющей
растительности пировали
гигантские двупароногие
многонозжки(5). Эогиринус(7) крупное, до 4,5 м длиной,
земноводное,- возможно, охотился
на манер аллигатора. А 15сантиметровый микробрахий(8)
питался мельчайшими животным
планктоном. У бранхиозавра(9),
похожего на головастика, были
жабры. Зауроплевра(11) и
сцинкозавр(12) больше
напоминали тритонов.
Ранняя пермь, стегоцефал
кератерпетон
(рисунок С.В. Наугольных)
В прибрежных болотистых плавнях тем временем
появились первые четвероногие — земноводные.
Древнейшие земноводные, происшедшие от кистеперых
рыб, получили название стегоцефалов. И одновременно с
расцветом земноводных в середине каменноугольного
периода появляются первые представители нового
класса животных — пресмыкающиеся.
В начале пермского
периода на Земле
сохранялись густые
леса папоротников,
хвощей и плаунов.
Но во второй половине периода климат
становится холоднее и суше. Гибнут
папоротниковые леса. Вымирают гигантские
насекомые. В связи с общим похолоданием
начинают развиваться хвойные растения. На
месте бывших влажных территорий, недавно
покрытых лесами, появляются пустыни —
впервые в Северном полушарии возникает
обширная засушливая зона. В этих условиях
пресмыкающиеся имели существенные
преимущества перед земноводными.
Риф пермского периода
Недавно появившиеся аммониты стали заметными морскими хищниками, но еще более грозные
охотники - акулы. Вы видите, как гибодус(1) хватает лучеперую костную рыбу платисома(2), в то время
как её сородич спасается бегством. Акула спугнула аммонита(3), который стремительно несется прочь
задом наперёд под прикрытием чернильного облака, только что им выпущенного. К гибодусу
присосалась паразитирующая минога-хардистелла(4). Здесь же в изобилии водятся извлекающие пищу из
воды двустворчатые моллюски(5) и брахиоподы, в частности стеносцизма(6) и горридония(7). Большая
часть тведой породы, образующей риф, состоит из многочисленных колоний мшанок (морских циновок),
таких, как фенестеллы(8) и синокладии(9), с вкраплениями более хрупких ветвистых мшанок вроде
акантокладий(10).
Органический мир палеозоя:
1 - сигиллярия 2 протолепидодендрон предшественник
современных плаунов; 3 гигантская хищная стрекоза
(Meganeura); 4-диметродон.
один из первых зверозубых
яшеоов; 5 - змеевидная
актиния (Dolichosoma); 6 пресноводная костеперая
рыба (Osteolepis)
С расцветом пресмыкающихся
открывается новая страница истории
Земли, известная под названием
мезозойской эры. Мезозойская эра
состоит из трех периодов: триасового
(триаса), юрского (юры) и мелового
(мела).
Триасовый период характеризовался
относительно устойчивым климатом.
Лета и зимы в привычном нам
понимании тогда, по-видимому, не было,
и времена года представляли собой
только чередование влажных, обильных
осадками и более сухих сезонов. В лесах
преобладали голосеменные растения:
саговниковые, гинкговые и хвойные.
Фауна триасового периода
1 – нотозавр; 2 – миксозавр; 3 – проганоцел; 4 – плакодонт; 5 - гигантская
лягушка; 6 - циоганат
Произошли изменения и в составе животного
мира. В начале мезозойской эры земноводные
окончательно уступили место
пресмыкающимся. Появляются новые
семейства и роды пресмыкающихся — первые
ящеры, крокодилы и черепахи. От
котилозавров произошла большая группа
крупных пресмыкающихся, которые за свой
устрашающий внешний вид получили
название динозавров, т, е. «ужасных ящеров».
Параллельно с прогрессом
пресмыкающихся возникает новый класс
животных — млекопитающие. Первые
млекопитающие были слабыми
зверьками, которые питались
насекомыми
Триасовый период сменился юрским. В начале
юрского периода море активно наступало на
материки. Климат этого времени на громадных
территориях был близок к тропическому или
субтропическому. Теплые и влажные
климатические условия способствовали
расцвету флоры. На континентах произрастала
буйная растительность, оставившая в память о
себе немало месторождений каменного угля.
Фауна юрского периода:
1 – археоптерикс; 2 – бронтозавр; 3 – сцелидозавр; 4 – компсогнатус; 5 –
стенеозавр; 6 – цератозавр.
Юрский период; первоптица
археоптерикс
(рисунок С.В. Наугольных)
Но пресмыкающиеся не ограничиваются покорением
морей, они устремляются в воздух. Появляются крылатые
летающие ящеры — птеродактили и рамфоринхусы. И
наконец, пожалуй, самое крупное биологическое событие
юрского периода: в воздух поднимаются первые птицы —
археоптерикс и археорнис.
В конце юрского периода происходит сильное
горообразование. Начинает формироваться кольцо
хребтов, опоясывающих чашу Тихого океана. Горы эти
продолжают расти и в начале следующего — мелового
— периода. В меловом периоде по крайней мере
дважды усиливалось формирование гор и изменялись
границы материков.
Наземная растительность в мелу поначалу оставалась
почти такой же, как в юрском периоде. Но во второй
половине мелового периода, который геологи называют
поздним мелом, широко распространились цветковые
растения, которые начали быстро вытеснять
представителей древней флоры. В позднемеловых
отложениях уже встречаются отпечатки растений,
существующих и в наши дни, таких как дуб, береза,
бук, ива, платан, лавр, магнолия.
Фауна мелового периода:
1 - брахиозавр; 2 – коритозавр; 3 – анатозавр; 4 – стадиомим; 5 – ихтиорнис.
В самом конце мела наземные и водные
динозавры, летающие ящеры, морские
крокодилы и зубастые птицы начинают
вымирать и вскоре полностью исчезают с
нашей планеты.
Органический мир мезозоя:
1 - археоптерикс, древнейшая из
известных птиц;
2 - саговая пальма;
3 -стегозавр, наземный динозавр
юрского периода;
4 - плезиозавр, обитатель юрских
морей;
5- гигантская черепаха (Archelon)
Жизнь на Земле вступает в очередную фазу
развития — начинается кайнозойская эра. Она
состоит из трех периодов:
•
палеогенового,
•
неогенового,
•
четвертичного.
В кайнозое произошел целый ряд
горообразовательных движений. Море наступало
на сушу и вновь отступало, материки
неоднократно меняли свои очертания, пока не
приобрели те формы, которые мы видим на
современной географической карте.
Климат в палеогене был несколько холоднее,
чем в предшествовавшем меловом периоде, но
несравненно жарче, чем сейчас. В европейской
части нашей страны росли магнолии и
пальмы, на севере Америки — инжир и
бананы, на островах Северного Ледовитого
океана — виноград и кипарисы.
Фауна палеогенового периода:
1 – динотерий; 2 - платибелодон; 3 – индрикотерий; 4 – бронтотерий; 5 арсинотерий
К неогеновому времени в умеренной
зоне вечнозеленые растения уступили
место листопадным деревьям.
Появились разнообразные травы. И к
концу периода обособились степи,
лесостепи, тайга и тундра
Одновременно идет быстрое
развитие теплокровных
животных. На первое место
теперь выдвигаются
млекопитающие и птицы В
начале палеогена среди
млекопитающих преобладали
«низшие» формы —
яйцекладущие (родственники
современных обитателей
Австралии — утконоса и
ехидны) и сумчатые (предки
нынешних кенгуру).
ископаемый
гигантский
кенгуру
утконос
ехидна
Третичные млекопитающие
1-фенакодус; 2-эогиппус; 3-гиппарион; 4-палеотранус; 5-саблезубый
тигр; 6-оленеобразный жираф; 7-гигантский носорог; 8-меритерий
В конце неогена на Земле вымирает
большинство сумчатых и яйцекладущих,
исчезают и древние птицы. Животный и
растительный мир планеты приобретает
облик, близкий к современному.
Наконец, наступает последний период —
четвертичный. Продолжающееся общее
похолодание климата и неоднократные
оледенения приводят к тому, что
количество видов млекопитающих
несколько сокращается.
Меняется видовой состав
различных групп
животных, и появляется
новое
высокоорганизованное
существо — человек. В
честь этого события
многие исследователи
называют четвертичный
период антропогеновым
(от греческого слова
«антропос» — человек).
1 – мамонт; 2 - гигантский олень; 3 – синтетоцерус; 4 мускусный бык; 5 - пещерный медведь
Млекопитающие четвертичного периода
1-широконосый носорог; 2-носорог-эласмотерий; 3-гигантский броненосец;
4-гигантский ленивец; 6-мамонт; 7-древний слон; 8-древний зубр; 9гигантский торфяной олень; 10-современный индийский слон